实证万年稻作文化 浙大团队用显微CT在上山遗址陶片中发现水稻痕迹

　　显微CT机和来自考古遗址的陶片，你能想象这二者产生交集吗？

　　最近，浙江大学艺术与考古学院百人计划研究员安婷博士课题组的一项研究，让一个现代工业仪器和一枚历史碎片发生奇妙碰撞——他们用显微CT，在距今约1万年的两枚陶片中，找到了水稻的痕迹。相关内容已经在国际知名考古学杂志上发表。

　　新奇一试的背后，安婷团队有着怎样的想法？陶片中发现稻痕意味着什么？今天，我们又为何要研究人类稻作的起源？

　　近日，记者采访安婷团队及其合作者、浙江大学建筑工程学院土木水利工程实验中心实验师彭宇，听他们讲述研究背后的故事。

安婷（左二）、彭宇（右一）、张之恒（左一）正在操作显微CT机。 受访者供图

　　显微CT“接单”考古材料

　　在浙江大学建工实验大厅的显微CT实验室内，彭宇为记者演示了显微CT机的操作流程。

　　一个按钮按下，CT扫描机的舱门缓缓打开，一枚碳纤维复合材料样品正置于机器内部的平台上。上方，一左一右置有产生X射线的射线源和负责成像的探测器，锥束X射线透过样品，在探测器上投下投影图。

　　又一个按钮按下，载着样品的样品台像自助餐转盘一样开始旋转，软件等间距地从不同角度采集了几百到几千张的投影图。这些投影图经过软件的重构与处理，样品的三维结构、不同密度物质的分布便清晰可见。

　　“显微CT和医用CT原理差不多。不同之处在于，医用CT下，人静止不动，射线源与探测器在同步旋转。在显微CT中，探测器与射线源是固定的，旋转工作由置于样品台上的样品来完成。”彭宇解释道。

　　“彭老师，能帮忙扫一下看看它的成分吗？”说话间，一位老师拿着一袋建材样本来“下单”了。3年前，彭宇的实验室就像这样迎来了安婷，并接单了“稀客”——两枚陶片。

　　为何称“稀客”？彭宇指了指实验室内满满一架子的混凝土块样品告诉记者，此前，CT机接待最多的正是这些建材样本，其中尤以混凝土居多。作为一种无损测试技术，CT机在不损坏样品的前提下，就可获得混凝土中的骨料、纤维、孔隙、裂缝等物相的空间分布形态。

　　所以，当安婷带着两枚陶片敲开实验室的门，彭宇在惊讶之余，还有些隐隐的期待。毕竟，他在日夜相伴的混凝土块间，在浙江大学学科交叉研究的鼓励下，正翘首以盼着一些新的可能。

　　CT和考古的碰撞，会产生怎样的火花？尝试之后，是否会有重大的发现？那时的两人对此并无明确概念。

　　安婷博士毕业前夕，澳大利亚考古工作者首先提出了以显微CT研究印痕的方法。用一台价格昂贵的CT在无尽的陶片间大海捞针，起初安婷对此不以为意。一次偶然的机会，让她的视线落在了身边的上山遗址。试试用CT扫描陶片内部的念头在她脑海中乍现。

　　在考古学中，对陶片的探索长期停留于对肉眼可见现象的研究。作为考古遗址中最常见的一种遗存，陶片往往在库房中堆得满坑满谷，乃至于被送回考古坑“返厂”。幸运一点的，会被挑拣出来拼成一件完整的器物，摆在博物馆橱窗里接受游客的观摩。极少数的，被留作标本，用于开展类型学研究。

　　CT扫描以前，考古工作者如何获取陶片上的印痕？答案是拓印。

　　“你小时候玩过用铅笔拓印植物叶片的游戏吗？将纸张覆盖在叶子上，而后用铅笔轻轻扫拭，叶子的脉络、形迹就跃然纸上。这样的拓片技法，在传统考古中广泛用于陶片。”安婷说，拓印的缺点很明显：操作繁琐、效率低下。陶片上的尘土过于厚重，即便耐着性子一层层拓印下去，可见的或许也只是表面的印痕。想看清陶片内部的状态，或微小的痕迹，凭老法子难上加难。

　　2014年左右，在剑桥大学攻读科技考古博士期间，安婷在欧洲早期农业传播的相关研究中，就在一块拓片上吃了太多苦头。求证阶段，她持着硅胶及橡皮泥，在成千上万的陶片中寻找、拓印粟黍痕迹，不够清晰的成像，使研究无法深入。“比如说，我们只能看清作物的类别是小麦，但难以将其进一步定位，判断它到底是哪种类别的小麦。”

　　“用显微CT扫描陶片，是文科理科各自向前一步走！”安婷神采奕奕地说。他们的研究成果发布后，显微CT作为一种可能推广使用的考古学新法，随之受到学界瞩目。

　　0.01毫米，184颗水稻穗轴

　　水稻穗轴的形态，构成判断水稻驯化程度的重要指标。基盘粗糙或形态不规则的穗轴，意味着水稻的落粒性弱，这就减少了收获前稻谷自然脱落所造成的损失，被认为是典型的驯化性状。想找到被人类驯化的水稻的踪迹，就要找到这种“驯化型”的穗轴。

　　将显微CT的精度缩小到0.01毫米，安婷团队在陶片上发现了184颗水稻穗轴。

大口盆碎陶片（左）及其内部印痕CT图像（右）。受访者供图

　　这背后是研究者与陶片朝夕相伴的3年。

　　浙江大学艺术与考古学院博士生张之恒，2021年9月博士入学至今，一直埋首研究上山陶片。他回忆，在收集基础印痕信息的3个月里，自己每日的固定活动，就是午饭后骑30分钟的电动车，赶到建工实验大厅，在X光计算断层扫描和多尺度模拟实验室一待就是五六个小时。

　　用X光断层扫描陶片，三维重构数字影像，透视陶片内部，瞪大眼睛观察那些微小的、挤在一起的裂缝和孔隙，使用软件“抠图”，处理数据，还原空腔的形态，渲染三维图像……这些工作，花去了张之恒近3个月的时间。

　　如何判断一个空腔的本体是否为稻谷？这就需要对比多张空腔的断层切片。

　　面对着二维图像，张之恒努力调动着自己的三维想象。

　　“寻找小穗轴的难度系数更高。”张之恒说，小穗轴位于稻谷基部，保存状况不一，形状往往千奇百怪。如何快速分辨它？为此需要浏览大量的样本，养成对小穗轴形态的敏锐嗅觉。

　　研究之初，张之恒常将各种其他物体错认成小穗轴。经安婷提点后，他搜集了大量考古出土的或现代小穗轴的样图，每天得空了就盯着看，并通过显微镜观察现代的稻谷，来训练自己对它的辨识力，熟悉水稻的结构。有段时间，无论走路吃饭睡觉，小穗轴的形象都时不时地在张之恒的眼前清晰浮现。一个月后，张之恒终于能迅速熟练地判断一个印痕是否为小穗轴，不再犯错。

　　14微米，这是陶片样本距射线源最近时的距离。张之恒带着两枚陶片通过CT扫描环节的“重重关卡”后，迎来了胜利时刻——他不停地向彭宇“取经”，调试设备参数，学习扫描、提取技巧，最后，终于如愿得到了研究所需的图像和数据。

　　安婷团队的研究再次证实，1万年前的上山人成功驯化了稻谷。1万年后的今天，一个考古专业学生，在开展这项研究的过程中，也成功“驯化”了一台工业CT机。

　　“这次研究让我见识到了交叉学科的魅力。一旦找到了适用的新技术和新方法，很多看似普通的考古材料都有进一步诠释、探索的价值。”张之恒说。

　　看见人类文明兴发

　　“我们的研究能引发如此广泛的关注，或许因为切中了农业起源研究的瓶颈问题。”安婷说，农业起源的意义不言而喻——当人类开始耕作定居，便有了故乡，有了礼乐，秩序，文明和信仰。水稻起源研究，又是农业起源的“重头戏”。

　　哺育世界上50%人口的水稻从何处来？人类何时将其驯化？最早实现水稻驯化的地域是哪里？

　　对于水稻的前世今生，人们充满好奇。考古界对水稻追踪的目光，又与向1万年前上山时期的远眺叠在一处。

　　许多学者相信这样一幅历史图景：从洞穴走向旷野的先民，曾在长江下游地区将采集而来的野生稻种进土壤。当这粒稻谷伴着史前时代的雨露阳光生长，人类关于农作的智慧及人类文明自身，都开始向上攀爬。安婷团队引入显微CT新考古技术，为这一图景提供了全新的证据，也为继续搜寻新证带来新工具。

　　安婷团队还在上山陶片中发现了大量稗壳。

　　一些学者曾提出猜想：在上山时期，稗草或许和水稻并列，同是人为栽培的重要粮食作物。显微CT在陶片中发现的稗草痕迹，为这一猜想提供了初步的考古学实证。

　　作为古人粮食库多元性的例证之一，稗的发现对丰富我们的粮食结构，保障我们的粮食安全同样意义深长。

　　“目前，我们非稻即麦的粮食结构是较为单一的，于人类的食品安全不利。一旦巨大的气候变化诱发作物减产，我们将被恐怖的饥荒灾害笼罩。古人多样的粮食选择，将为我们丰富粮食库提供参考。其对人类文明的延续，同样意义深长。”安婷说。

　　“这项研究，可以让我们向遥远的农人智慧汲取经验。”浙江省农科院农发所副研究员顾兴国认为，人类文明，始于农业兴起，形于城市出现。证明10000年前出现世界主要粮食作物水稻生产的上山文化，因此可说是人类文明形成的标志。

　　而从粮食安全的角度，当下，品种单一、土壤污染等重重问题，使粮食生产面临不可持续的威胁。安婷团队对稻作起源的研究，除了为“浙江是稻作的源头”提供佐证外，也在提示着我们已有万年的稻作生产在历史上的可持续性，考证古代稻作品种、土壤管理技术，为我们维护今日粮食安全带来启发。